Влияние параметров искрового плазменного спекания на термоэлектрические свойства материалов на основе твердого раствора Mg3Sb2-Mg3Bi2 n-типа
Михайлова А.А.
1,2, Щербакова К.А.
1,2, Аргунов E.B.
1, Маркин А.А.
2, Ахмадеев А.Р.
2, Дыбов В.А.
2, Ananyev М.V.
3, Табачкова Н.Ю.
11Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС", Москва, Россия
2Государственный научно-исследовательский и проектный институт редкометаллической промышленности (АО "Гиредмет"), Москва, Россия
3School of Chemical Engineering, University of Birmingham, United Kingdom
Email: aluona_mikhailova_style@mail.ru, m1804497@edu.misis.ru, ev.argunov@misis.ru, alexsandr918@mail.ru, albertakhmadeev1@gmail.com, dybovvlad@gmail.com, maxim.v.ananyev@gmail.com, ntabachkova@misis.ru
Поступила в редакцию: 28 мая 2025 г.
В окончательной редакции: 3 сентября 2025 г.
Принята к печати: 22 сентября 2025 г.
Выставление онлайн: 21 октября 2025 г.
Методом механохимического синтеза с последующим искровым плазменным спеканием получены образцы на основе твердого раствора Mg3Sb2-Mg3Bi2. Выявлены закономерности влияния параметров процесса компактирования на электро- и теплофизические свойства образцов. Установлено, что применение двустадийного режима нагрева способствует увеличению электропроводности до 325 S/cm при температуре 390 K, одновременно обеспечивая снижение решёточной теплопроводности до 0.49 W/(m · K). В совокупности данные изменения позволяют достичь максимального значения термоэлектрической добротности zT, равного 1.38 при температуре 732 K. Ключевые слова: термоэлектрические материалы, фазы Цинтля, коэффициент Зеебека, электропроводность, теплопроводность.
- G.J. Snyder, E.S. Toberer. Nature Mater. 7, 2, 105 (2008)
- Novel Thermoelectric Materials and Device Design Concepts / Eds S. Skipidarov, M. Nikitin. Springer Nature Switzerland AG, Cham (2019). 327 с
- А.Ф. Иоффе. Полупроводниковые термоэлементы. Изд-во АН СССР, М.-Л. (1956)
- S.M. Kauzlarich, S.R. Brown, G.J. Snyder. Dalton Trans. 21, 2099 (2007)
- R. Nesper. Prog. Solid State Chem. 20, 1, 1 (1990)
- Chemistry, Structure, and Bonding of Zintl Phases and Ions / Ed. S.M. Kauzlarich. VCH Publishers, Inc., New York. (1996). 340 с
- F. Meng, S. Sun, J. Ma, C. Chronister, J. He, W. Li. Mater. Today Phys. 13, 100217 (2020)
- S. Ohno, K. Imasato, S. Anand, H. Tamaki, S.D. Kang, P. Gorai, H.K. Sato, E.S. Toberer, T. Kanno, G.J. Snyder. Joule 2, 1, 141 (2018)
- C. Chen, X. Li, S. Li, X. Wang, Z. Zhang, J. Sui, F. Cao, X. Liu, Q. Zhang. J. Mater. Sci. 53, 23, 16001 (2018)
- J. Shuai, Y. Wang, H.S. Kim, Z. Liu, J. Sun, S. Chen, J. Sui, Z. Ren. Acta Materialia 93, 187 (2015)
- H. Tamaki, H.K. Sato, T. Kanno. Adv. Mater. 28, 46, 10182 (2016).
- J. Zhang, L. Song, S.H. Pedersen, H. Yin, T.-H. Le, B.B. Iversen. Nature Commun. 8, 1, 13901 (2017)
- J. Zhang, L. Song, B.B. Iversen. ACS Appl. Mater. Interfaces. 13, 9, 10964 (2021)
- M. Wood, J.J. Kuo, K. Imasato, G.J. Snyder. Adv. Mater. 31, 35, 1902337 (2019)
- Y. Wang, X. Zhang, Y. Liu, Y. Wang, H. Liu, J. Zhang. J. Materiomics 6, 1, 216 (2020)
- H. Shang, Z. Liang, C. Xu, S. Song, D. Huang, H. Gu, J. Mao, Z. Ren, F. Ding. Acta Materialia 201, 572 (2020)
- L. Hu, Q. Zhang, Z. Shan, L. Wang, Y. Zheng, J. Fan. Scripta Materialia 235, 115629 (2023)
- P. Gorai, B.R. Ortiz, E.S. Toberer, V. Stevanovic. J. Mater. Chem. A 6, 28, 13806 (2018)
- X. Yang, H. Ni, X. Yu, B. Cao, J. Xing, Q. Chen, L. Xi, J. Liu, J. Zhang, K. Guo, J.-T. Zhao. J. Materiomics 10, 1, 154 (2024)
- М.Д. Михайлов. Современные проблемы материаловедения нанокомпозитные материалы. Изд-во Политехн. ун-та, СПб (2010)
- К.В. Шалимова. Физика полупроводников. Энергоатомиздат, М. (1985). 392 с
- L. Yu, W. Li, Z. Zhang, S. Wei, J. Li, Z. Ji, J. Zhuo, G. Lu, W. Song, S. Zheng. Mater. Today Phys. 26, 100721 (2022)
- H.-S. Kim, Z.M. Gibbs, Y. Tang, H. Wang, G.J. Snyder. Appl. Mater. 3, 4, 041506 (2015). [!p] Рис. A.1. Результат элементного анализа поверхности образца с режимом ИПС (50-650-10) на СЭМ. [!p] Рис. A.2. Результат элементного анализа поверхности образца с режимом ИПС (60-700-5) на СЭМ. [!p] Рис. A.3. Результат элементного анализа поверхности образца с режимом ИПС (60-400-8-800-4) на СЭМ. [!p] Рис. A.4. Результат элементного анализа поверхности образца с режимом ИПС (50-800-10) на СЭМ. [!p] Рис. A.5. Результат элементного анализа поверхности образца с режимом ИПС (45-680-8) на СЭМ. [!p] Рис. A.6. Результат элементного анализа поверхности образца с режимом ИПС (50-750-5) на СЭМ. *Дополнительный список литературы
- Y. Wang, X. Zhang, Y. Wang, H. Liu, J. Zhang. Phys. Status Solidi A 216, 6, 1800811 (2019)
- Y. Wang, X. Zhang, Y. Liu, Y. Wang, H. Liu, J. Zhang. J. Materiomics 6, 1, 216 (2020)
- J. Zhang, L. Song, B.B. Iversen. ACS Appl. Mater. Interfaces. 13, 9, 10964 (2021)
- Y. Chen, C. Wang, Z. Ma, L. Li, S. Li, J. Wang. Curr. Appl. Phys. 21, 25 (2021)
- A. Bhardwaj, A. Rajput, A.K. Shukla, J.J. Pulikkotil, A.K. Srivastava, A. Dhar, G. Gupta, S. Auluck, D.K. Misra, R.C. Budhani. RSC Adv. 3, 22, 8504 (2013)
- J. Li, S. Zhang, F. Jia, S. Zheng, X. Shi, D. Jiang, S. Wang, G. Lu, L. Wu, Z.-G. Chen. Mater. Today Phys. 15, 100269 (2020)
- L. Yu, W. Li, Z. Zhang, S. Wei, J. Li, Z. Ji, J. Zhuo, G. Lu, W. Song, S. Zheng. Mater. Today Phys. 26, 100721 (2022)
- J. Tani, H. Ishikawa. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 31, 10, 7724 (2020)
- J. Tani, H. Ishikawa. Phys. B: Condens. Matter 588, 412173 (2020)
- Z. Liu, N. Sato, W. Gao, J. Yi, K. Yubuta, N. Kawamoto, M. Mitome, K. Kurashima, Y. Owada, K. Nagase, C.-H. Lee, J. Yi, K. Tsuchiya, T. Mori. Joule 5, 5, 1196 (2021)
- L. Hu, Q. Zhang, Z. Shan, L. Wang, Y. Zheng, J. Fan. Scripta Materialia 235, 115629 (2023)
- L. Wang, W. Zhang, S.Y. Back, N. Kawamoto, D.H. Nguyen, T. Mori. Nature Commun. 15, 1, 6800 (2024)